[发明专利]岩层振动测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑工程技术领域的测试装置及方法，具体是一种用于爆破开挖的岩层振动测试装置及方法。

背景技术

在岩石地区的隧道开挖中，爆破是一种常用的开挖方式。爆破产生的震动会使本来稳定的围岩丧失承载能力或增大围岩松动圈的厚度。在工程现场通常采用振动测试的方法监测围岩的震动效应，以确定爆破、围岩稳定和支护设计之间的相互关系，从而在保证围岩稳定性的前提下确定合适的爆破方案。目前工程界在爆破施工中的围岩震动反应的测试方法如下：在开挖面附近选取一定数量的测点位置，在岩石表面通过埋入固定在钢板上的速度传感器或加速度传感器的方式布设振动监测点，然后通过数据采集仪器进行监测，即可获得由爆炸开挖引起的岩层反应。这种测试方法实用性强，被工程界广泛采用。但这种传统的围岩振动测试方法存在以下的不足：1)传感器埋设在岩石表面，在爆破开挖过程中，由于岩石飞落、开挖机械的移动等影响，传感器测量精度受影响，而且传感器和导线极易遭到损坏；2)这种测试方法仅能获得的表层岩石的震动反应，无法获得围岩松动圈范围内的岩石反应以及沿岩层深度方向爆破震动波的传播和衰减。

经对现有技术的文献检索发现，高振儒等在《爆破》2002年第19卷第1期第81页上发表的“MINI-SEIS地震仪在爆破振动监测中的应用”，该文中提出采用MINI-SEIS地震仪量测爆破振动的技术，具体为：通过MINI-SEIS地震仪主机操作键预先设置好参数，现场清理测点表面上的浮土，修平测点表面，使传感器的测振方向指向爆心，用胶粘剂使其基座与岩面粘结牢或使其与土层紧密接触以保证传感器随质点运动而运动，将振动传感器固定在测点，最后将振动传感器与主机相连。其不足在于：传感器埋设在测点表面，在爆破过程中，由于岩石飞落、开挖机械的移动等影响，传感器测量精度易受影响，且传感器和导线易遭到损坏。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的不足，提出了一种岩层振动测试装置及方法，克服了以往岩石爆破振动测试方法的测量精度差、测点易遭损坏等缺点，具有精度高、监测装置不易损坏、测试数据全面、装置造价低廉等优点。由于本发明的装置中传感器埋设在岩石钻孔中，通过围岩松动圈范围布设多个不同深度的测点，可以获得整个围岩松动圈范围内的岩石反应以及沿岩层深度方向爆破震动波的传播和衰减，具有测试数据全面的优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所涉及的岩层振动测试装置，包括：传感器、软管、导线、爪形卡箍、连接卡箍、保护金属套管。传感器和导线通过传感器上的导线接口连接，软管套在传感器外，保护套管套在导线外，软管与保护套管通过连接卡箍相连，软管通过外套的爪形卡箍和水泥浆固定于岩石钻孔中，导线末端与自动数据采集装置相连。

本发明所涉及的岩层振动测试方法，包括以下步骤：

第一步，选取岩石振动监测断面，在断面位置的岩石上钻孔，用于埋设传感器。断面的选取根据爆炸震动波传播的规律结合工程经验确定，钻孔深度可以根据实际工程需要决定。

第二步，将软管一端浸在摄氏90～100度的热水中约5分钟后取出，套在接好导线的传感器上。接着将爪形卡箍依次套在软管上，一般每20～30cm布设一个。将保护金属套管套在导线外，并利用连接卡箍与软管连接。

第三步，全部接线确认后，将连接好的软管和保护金属套管连同传感器和导线推入钻孔，直至传感器达到钻孔末端，即设计的测点位置。往钻孔中注入快干水泥浆以将传感器和钻孔的围岩形成一体。

第四步，待水泥浆固化后，将导线连接到自动数据采集装置上，即可进行振动测试。

所述钻孔其作用有二：(1)可以保护传感器不受爆破的影响而损坏；(2)可以将传感器布设在深层岩石内部，从而可以获得围岩松动圈范围内的岩石反应以及沿深度方向爆破震动波的传播和衰减。钻孔直径为3cm，根据实际工程需要决定钻孔深度。

所述传感器为微型振动速度传感器或加速度传感器，通常为不锈钢外壳，底部有安装底座，顶部有导线接口。传感器的直径一般为1cm。

所述软管采用有钢丝加筋的塑料软管，保证微型传感器可以安放到钻孔底部，并可在放置过程中提供保护。软管的尺寸和长度视加速度传感器外径大小和岩石钻孔深度而定，内径比传感器外尺寸略小，长度比岩石钻孔略短。将软管一端浸在热水是利用热胀冷缩的原理，使软管受热后内径刚好比传感器直径略大，容易安装，套好后收缩使得软管紧紧包裹在传感器外，防止传感器在放置过程中不慎掉落而达不到钻孔底部的测点位置，或与钻孔岩壁发生碰撞造成损坏。